LAB- CHEMIA Rozpuszcznie metali i cementacja, I rok, I rok, gieldy, od Karoliny, medycyna, 2 semestr, Chemia, z jagiellonskiego, Chemia, Chemia, CHEMIA, CHEMIA


SPRAWOZDANIE

ĆWICZENIE NR 3

Temat: Rozpuszczanie metali w kwasach i cementacyjne wydzielanie metali.

Wstęp teoretyczny.

Rozpuszczanie metali w kwasach:

Metale o ujemnym potencjale elektrodowym rozpuszczają się w kwasach; redukują one jony wodorowe, przy czym wydziela się gazowy wodór i powstają sole metali:

M0 + 2H+ → M2+ + H2↑

Na przykład:

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑

Reakcja przebiega tym energiczniej, im bardziej ujemny jest potencjał elektrodowy metalu.

Szybkość z jaką metale o niewielkim ujemnym potencjale elektrodowym reagują z kwasami, na ogół wzrasta wraz ze stężeniem kwasu. Cyna , która z rozcieńczonym kwasem solnym reaguje bardzo powoli, ulega energicznej reakcji pod wpływem stężonego roztworu HCl.

Metale o dodatnim potencjale elektrodowym nie są w stanie redukować jonów wodorowych, nie mogą reagować z kwasami podobnie jak metale nieszlachetne, np.:

Cu + HCl → nie reaguje

Metale te (Cu, Hg, Ag) ulegają działaniu stężonych roztworów kwasów utleniających, takich jak H2SO4 i HNO3, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze. Produktami takich reakcji nie są wodór i sól, ale sól i produkty reakcji kwasu (NO, NO2, SO2).

Na przykład reakcja miedzi ze stężonym kwasem siarkowym przebiega według schematu:

Cu + H2SO4 → CuO + H2SO3

H2SO3 → H2O + SO2

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

______________

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2­↑ + 2H2O

Niektóre metale nieszlachetne, ulegają działaniu utleniającemu HNO3, tworzą zwartą i silnie przylegającą do metalu warstewkę tlenku, która chroni metal od dalszej reakcji. Proces ten nosi nazwę pasywacji metali. Na przykład, pod wpływem stężonego HNO3 pasywacji ulega aluminium i beryl.

Cementacyjne wydzielanie metali:

Metale jako pierwiastki elektrododatnie mają zdolność oddawania elektronów walencyjnych i przechodzenia w stan jonów dodatnich (kationów). Reaktywność chemiczna metalu zależy od położenia metalu w szeregu napięciowym. Każdy metal o niższym potencjale elektrodowym redukuje kationy każdego innego metalu o wyższym potencjale elektrodowym. Czyli metal mniej szlachetny powoduje wydzielanie - cementację metalu bardziej szlachetnego.

Warunkiem cementacji metalu MI przez metal MII

mMIn+ + nMII0 = mMI0 + nMIIm+

jest nierówność EMI > EMII

gdzie EMI i EMII - potencjały elektrodowe metali MI i MII.

Cementacyjne wytrącanie metali ma duże zastosowanie praktyczne, głównie przy otrzymywaniu metali z wodnych roztworów ich soli oraz przy oczyszczaniu roztworów soli metali od zanieczyszczeń jonami metali.

­

Ćwiczenia:

I. Rozpuszczanie metali w kwasach

Sprzęt i odczynniki:

Przebieg ćwiczenia:

1.1

Do 5 probówek wlano po około 2cm3 roztworu HCl, i do każdej z nich wprowadzono kawałek blaszki innego metalu: Al., Zn, Pb, Cu i Fe. Po 5 minutach zaobserwowano:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

Fe + 2HCl → FeCl­­2 + H2↑

2Al + 6HCl →T 2AlCl3 + 3H2↑

Pb + 2HCl →T PbCl2 + H2↑

- w probówce z miedzią nie przebiega żadna reakcja

Cu + HCl → nie reaguje

1.2

Do 5 probówek wlano po około 2cm3 roztworu HNO3, i do każdej z nich wprowadzono kawałek blaszki innego metalu: Al., Zn, Pb, Cu i Fe. Po 5 minutach zaobserwowano:

- w probówkach z Zn, Pb, Fe obserwujemy rozpuszczanie się metalu w HNO3

Zn + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + H2↑

Pb + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + H2↑

Fe + 2HNO3 → Fe(NO3)2 + H2↑

Al + HNO3 → pasywacja

Cu + HNO3 → nie reaguje

1.3

Do 5 probówek wlano po około 2cm3 roztworu H2SO4, i do każdej z nich wprowadzono kawałek blaszki innego metalu: Al., Zn, Pb, Cu i Fe. Po 5 minutach zaobserwowano:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑

Pb + H2SO4 → PbSO4 + H2↑

Al + 3H2SO4 →T Al2(SO4)3 + 3H2↑

Cu + H2SO4 → CuO + H2SO3

H2SO3 → H2O + SO2

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

______________

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2­↑ + 2H2O

2. Do dwóch małych zlewek wlano po 2 cm3 stężonego HNO3. Do jednej zlewki wprowadzono kawałek blachy miedzianej, a do drugiej kawałek blachy aluminiowej. Po 5 minutach zaobserwowano następujące reakcje:

Al + HNO3 → pasywacja

- w zlewce z blachą miedzianą

3Cu + 2HNO3 →T 3CuO + 2NO +H2O

3CuO + 6 HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 3H2O

0x08 graphic

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Wnioski: Podczas przeprowadzonych reakcji zaobserwowano, że z kwasami reagują jedynie metale nieszlachetne i w efekcie tych reakcji rozpuszczają się w kwasach. Podczas reakcji glinu z kwasem azotowym(V) zaobserwowano natomiast zjawisko pasywacji - mianowicie na powierzchni blaszki glinu wytworzyła się warstewka tlenku, która wpłynęła na bierność chemiczną tego metalu, a co za tym idzie glin nie rozpuścił się w HNO3. Przeprowadzone doświadczenie wykazało również fakt, iż metale szlachetne, w doświadczeniu użyto miedzi, ulegają działaniu kwasów utleniających, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze (reakcja z H2SO4) i w przypadku kwasów stężonych (reakcja ze stężonym HNO3).

II. Cementacyjne wydzielanie metali

Sprzęt i odczynniki

0.25 M AgNO3

0.25 M CuSO4

0.25 M Pb(NO3)2

0.25 M SnCl2

0.25 M ZnSO4

Przebieg Ćwiczenia

1. Do pięciu probówek wlano po 2 cm3 roztworów wyżej wymienionych soli. Do każdej z nich wprowadzono paski blachy cynkowej i po 3 minutach zaobserwowano następujące reakcje.

ZnSO4 + Zn → nie reaguje

SnSO4 + Zn → ZnSO4 + Sn

CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu

2AgNO3 + Zn → Zn(NO3­)2 + 2Ag

Pb(NO3)2 + 2Zn → 2ZnNO3 + Pb

2. Postępowano jak wyżej, ale zamiast cynku wprowadzono paski miedzi. Zaobserwowano następujące reakcje.

ZnSO4 + Cu → nie reaguje

SnSO4 + Cu → nie reaguje

CuSO4 + Cu → nie reaguje

2AgNO3 + Cu→ Cu(NO3­)2 + 2Ag

Pb(NO3)2 + Cu → nie reaguje

Wnioski: Doświadczenie ukazuje nam, że tylko metale mniej szlachetne mogą powodować cementację metalu bardziej szlachetnego. Potwierdza się zarówno w przypadku wprowadzania cynku (metal mniej szlachetny od wszystkich pozostałych tworzące sole) jak i miedzi, od której szlachetniejsze było jedynie srebro i tylko tam nastąpiło cementacyjne wydzielanie metalu.


Wyszukiwarka